TW201420407A - 電動單輪載具及其起步操作方法 - Google Patents

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Wei-Ken Hong
Meng-Liang Chen
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Yong Jiu Co Ltd
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Abstract

本案係一種電動單輪載具,其包括:一殼體;一支架;兩踏板;一車輪;一控制單元;一電源開關;以及一電池;使用者可先以一腳踩踏於該踏板上,使該踏板之一端部及該車輪之下方端部不在相同的輪軸中心上,使用者再將另一隻腳放置於另一踏板上,維持靜止平衡並接近騎乘的姿態,同時啟動踏板上的電源開關,此時當使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元即可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達,順勢前進或後退。此外,本案亦揭露一種電動單輪載具之起步操作方法。

Description

電動單輪載具及其起步操作方法
  本案係有關一種電動單輪載具及其起步操作方法,尤指一種結構簡單、體積小、續航力高、成本低且可以輕易達到起步及低速平衡之電動單輪載具及其起步操作方法。
  在歷史發展中,對於單輪載具的各種想像從未停止,也顯示人們對於新奇事物的追求,知名的「科普雜誌(popular science)」記錄了過去百年間所出現相關單輪車概念設計的報導(http://www. popsci.com/cars/gallery/2011-11/archive- gallery-many-incarnations-unicycle?image=0 )。如1917年9月的科普雜誌封面中,即出現單輪車的概念設計,其概念係附有機關槍的與動力的單輪坦克,並以引擎驅動前方螺旋槳來加速,雖然前方仍有一個小輪,但騎乘時會抬起仍以單輪行進。1920年6月科普雜誌雜誌中,則出現了坐墊超高、開玩笑似的人力驅動單輪自行車想法,戲謔式的描述人對於挑戰單輪車的心情。而1934年9月的科普雜誌封面出現了特技表演用的單輪車,係由兩輪自行車修改而來。1967年6月號的科普雜誌中報導了一個如何學習單輪騎乘的例子,儘管有些輔助方式(如吊在天花板上練習),但當時單輪車製造商認為學習騎乘單輪車並無任何訣竅,學會騎單輪與享受騎單輪車的樂趣前,必需要吃盡苦頭。
  前述單輪載具的設計案例,以現今角度來看更像是科幻片中會出現的道具,且儘管騎乘單輪車有其固有的危險性與難度,但也由於所呈現的未來感與獨特的造型特徵,以及其難以駕馭的操作方式與直覺,反而是極端玩家或特技人員喜於面對的挑戰,且一直是設計創新者的夢想。
  如何使人能夠易於操作單輪車,變成娛樂或甚至代步工具? 陀螺儀的自我平衡(self-balencing)技術運用是一個相當創新的解答,此技術最早的消費性載人電動載具應用出現於2001年的賽格威(segway)。賽格威(Segway HT,HT是Human Transporter、人類運輸器的縮寫)是由Segway公司推出的單軸雙輪載具,該載具上裝置了五個固態陀螺儀(事實上車輛只需要三個陀螺儀就可以完全掌控車身的前後傾與側傾程度,因此多出的兩個陀螺儀其實是用來確保行車安全的備用裝置),車輛的能量來源是兩個鎳氫(NiMH)充電電池,較後期的車款上也可以選配蓄電量更大的鋰充電電池。除了前後傾修正與前進後退外,賽格威的轉向可透過兩種不同的方式達到,其中一種是如同大部分的腳踏車類或摩托車類交通工具一般,駕駛人在車輛持續前進(或者後退,這就是只有賽格威辦得到的動作)的狀態中將自己的身體重心往左右傾斜,利用自身重量所產生、與車身縱軸垂直的分量,作為轉彎時的向心力而達到轉向的目的。除此之外駕駛人也可以扭轉賽格威的龍頭(把手)部分,使車輛左右兩個車輪產生轉速差,例如當龍頭向左轉時,右輪的轉速會比左輪快,達到向左轉的效果。必要時,賽格威甚至可以做出一輪向前一輪向後的動作,達到原地轉向的效果,因此大幅提升這種交通工具的機動性。因為這種高度的機動性,再加上熱塑材質製成的輪圈,其踏面面積其實不比人類的雙腳大上多少,因此理論上賽格威可以到達得了人類所能走到的大部分地方,甚至包括路邊的人行道或落差不會太大的階梯。
  雖然賽格威(Segway)實際上市之前產業界、學術界還是金融投資界都對其寄予厚望,認為這是一種劃時代、可以改變人類運輸方式的偉大創意,但實際上歷經幾年實際觀察之後,人們卻發現賽格威並沒有如預期般受到消費者注意,主要的困難包括價格、法規問題與安全性。首先,由於大量使用最先進的科技來製造,每輛賽格威新車的價值都頗為高昂,以最入門的i2車款而言,售價高達5,000美元上下,而台灣的i2則定價為26萬新台幣上下,相當於5輛125cc.等級速克達摩托車的價格,更別說價格只有摩托車一半的電動腳踏車,使得賽格威仍然只能保持它高收入階層消費者才使用得起的狀況,與當初人人皆可利用的遠景有點距離。據統計,2001年至2007年總共只賣出3萬輛賽格威(資料來源: http:/Forbes.com (2009-03-11)。另一方面,由於使用者是站在兩輪之間的平台,且前方為控制手把,當電源不足時導致自主平衡失效,或當操作時遭遇緊急狀況時,使用者不易往後跳車或脫離車體,因此也發生許多意外事件。
  儘管賽格威的發展並不如預期,但近五年許多廠商轉而投入單輪車的設計,而自主平衡的應用也如雨後春筍般出現,雖多以取代短程代步的電動機車為目標,但很顯然的,這樣創新且用以取代現有機車的產品,在市場接受度與商品化上仍需很長的時間來發展成熟。
  若從短程代步工具來考量,汽機車並不是最佳方案,現有電動機車、電動自行車或電動滑板車,則仍有重量、尺寸等攜帶性的問題,理想的代步工具應該具備單人騎乘、便於攜帶(尺寸越小越好)、充電與續航距離應超過20km以上(假設10km來回)才能符合通勤的需求。另一方面,兩輪自平衡車的系統相當複雜,同時必須考慮電子差速與平衡控制,因此設計上必須要使用許多感測器以確保騎乘者安全,導致製造成本比一般電動機車昂貴,所以發展此一類型車輛的代價極高。從簡化兩輪自平衡車的觀點且達到相似功能情況下,僅以「單輪」來操作的載具,可能是一個可行方向。
  美國工程師Trevor Blackwell在其網站中(http://tlb.org/eunicycle.html)對於單輪車的研究結果,認為賽格威(Segway)的兩輪自平衡車的其中一個輪子是多餘的,實際上只需要單輪就可以行駛,且單輪車將會較小、更輕、甚至單手就可以提起,因此在無法騎乘的地方,如樓梯、室外到室內或搭乘大眾交通工具時,可以方便攜帶,如此符合理想代步工具的特點。另一方面,Klaus Hofer教授於2005年的Vehicle Power and Propulsion Conference中,提出一篇單輪電動載具的論文「Electric vehicle on one wheel」,其認為單輪腳踏車最困難的地方,在於所有方向都要平衡,因此需要學習一些技巧後才能騎行,且若要能讓所有人都可以使用,可透過兩個方式達到,第一是將輪子加寬,可簡單的解決橫向穩定平衡的問題;第二是利用倒單擺的控制,來解決前後向的穩定,亦即利用重心來控制前後移動,其表示「這是一部好玩的車子,給那些穿梭於市區、公園並同時想要享受不同騎乘快感的人玩」,其產品定位於訴諸娛樂的科技玩具會更具吸引力。
  另一方面,隨著馬達、電池與控制技術的發展與成本的降低,單輪電動載具的發展至近二年有相當明顯的簡化,而商品化案例首度於近二年內出現,且價格約為五萬元新台幣(仍接近一部機車的價格),其目的主要為娛樂與短程代步,因此酷炫的操作方式與外觀是這些案例的賣點,唯產品的架構、操作及使用方式與仍未臻完善,仍有許多進一步發展修正之處。
  如Solowheel電動單輪車是第一輛量產的電動單輪車,號稱可以帶著走、最不占空間的個人交通工具),其將坐墊移除、更簡單大膽的設計,是2011年4月由Solowheel公司(http://solowheel. com/) 所推出的同名單輪載具產品Solowheel,由美國華裔設計師Shane Chen設計,使用者直接站在輪子兩旁的折疊踏板上,只要身體前傾就會前進,後傾就會煞車,左右轉也是靠傾斜來達成,由於其馬達設計是雙向,因此若使用者的平衡感好的話還可以倒退。尺寸17”長x5”寬x19”高,重量11.35kg,輪徑16”,1000W電動馬達,最大載重113.5kg,充電45分鐘可運行兩小時,其建議使用者年齡大於15歲。時速最高20km/小時,是第一款號稱可以帶著走、最不占空間的個人交通工具,售價約台幣52,000元。
  但Solewheel電動單輪車具有下列缺點:1、起步困難,即使有陀螺儀輔助,但就如騎乘自行車般,起步是最困難的,且需要一定的速度才能經由行駛慣性取得平衡,也不容易像是賽格威(Segway)雙輪車般容易原地靜止,起步時當單腳踩踏於單輪車的一端時,除了需要維持平衡外,還需身體前傾讓車體能夠前傾,讓陀螺儀可以偵測到前傾動作來驅動輪子,亦即需要同時控制左右平衡以及加速度,導致控制相當困難,太快或太慢都容易摔車;2、啟動方式的問題,由於電源鈕位於正上方把手處,是Solewheel唯一的實體按鍵,也就是電源電源開關,旁邊的電源指示燈同時也兼做狀態指示燈,按下去後,電源指示燈亮起綠色的同時,車身內的陀螺儀就會開始作動了,這時如果把機器抬離開地面的話,因為機器不一定會處於絕對的水平狀態,因此會導致輪胎就狂轉,且因扭力相當大,若此時在輪胎狂轉情況下把單輪車放回地面,有可能會造成機器爆衝造成自己或別人的傷害,有相當高的危險性,其詳情請參照Mobile01網站之測試報告,該網站之網址為:(http://www.mobile01.com/newsdetail.php?id=11666)。
  針對上述習知電動單輪載具之缺點,本發明提供一種電動單輪載具及其起步操作方法,以改善上述之缺點。
  本案之一目的係提供一種電動單輪載具,其具有結構簡單、體積小、續航力高及成本低等優點。

  本案之一目的係提供一種電動單輪載具之起步操作方法,其具有輕易達到起步及低速平衡之優點。

  為達上述之目的,本案之一種電動單輪載具,其包括:一殼體,其具有一容室,該容室之下側係鏤空;一支架,用以供該殼體固持,且其底部兩側分別具有一支撐片,該支撐片上方具有一第一貫孔;兩踏板係分置於該殼體之左右兩側且位於該支撐片上,且每一踏板之端部係外露於該殼體;一車輪,係置於該容室中,其具有一輪胎、一單邊輪框、一輪轂馬達及一輪軸,該輪轂馬達係置於該單邊輪框中,且該輪轂馬達之中央處具有一第二貫孔,以供該輪軸穿設於該第二貫孔及第一貫孔後鎖固於該支架上;一控制單元,係置於該支架之一側且耦接至該輪轂馬達,可控制該輪轂馬達之啟動、運轉或停止;一電源開關,係位於該踏板上且耦接至該輪轂馬達及控制單元;以及一電池,係置於該容室中,且耦接至該電源開關,藉由該電源開關可開啟或關閉該輪轂馬達及該控制單元所需之電源;俾於啟動時,使用者可先以一腳踩踏於該踏板上,使該踏板之一端部接觸地面,此時車輪之下方端部與踏板端部不在相同的輪軸中心上,因此可使單輪載具保持不動,使用者再將另一隻腳放置另一踏板上以維持平衡,同時開啟該電源開關,使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達前進或後退。

  為達上述之目的,本案之一種電動單輪載具之起步操作方法,其中該電動單輪載具具有如上所載之結構,其包括下列步驟:使用者將一隻腳先放置於一踏板之端部上以按壓該電動單輪載具,使其固定不倒也不移動;使用者再將另一隻腳放置於另一踏板上,維持平衡,並啟動一電源開關,以開啟一輪轂馬達、一控制單元及一飛輪;以及使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達前進或後退。
    為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的,茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。
  請一併參照圖1至圖4,其中圖1繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之分解示意圖;圖2(a)繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之組合示意圖;圖2(b)繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之組合之前側剖面示意圖;圖3繪示本案一較佳實施例之控制單元之方塊示意圖;圖4繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之控制流程示意圖。
  如圖所示,本發明之電動單輪載具,其包括:一殼體10;一支架20;兩踏板30、31;一車輪40;一控制單元50;一電源開關60;以及一電池70所組合而成者。
  其中,該殼體10例如但不限於由塑膠以一體成型方式所製成,以減輕其重量,其具有一容室13。此外,該殼體10亦可以如圖1所示由兩殼體組立而成,其進一步具有一左殼體11及一右殼體12,在本實施例中係以該由該殼體10由左殼體11及右殼體12組合而成為例加以說明,但並不以此為限。
  該支架20例如但不限於由金屬所製成,其上具有若干鎖孔21,用以供該左殼體11及右殼體12鎖固,且其底部兩側分別向外側延伸具有一支撐片22,該支撐片22上方則具有一第一貫孔23。此外,該支架20上進一步具有一握把25,以方便使用者攜帶該電動單輪載具。
  該兩踏板30、31係分置於該殼體10之左右兩側且位於該支撐片22上,且每一踏板30、31之至少一端係外露於該殼體,其中,該踏板30、31之前端或後端進一步具有一向下彎折或一棒狀支架,在本實施例中係以前端向下彎折為例加以說明,但並不以此為限。
  該車輪40係置於該容室13中,其具有一輪胎41、一單邊輪框42、一輪轂馬達43及一輪軸44,其中,該單邊輪框42係可套置於該輪胎41中,該輪轂馬達43則可置於該單邊輪框42中,且該輪轂馬達43之中央處具有一第二貫孔431,以供該輪軸44穿設於該第二貫孔431及第一貫孔23後鎖固於該支架20上。其中,該輪轂馬達43例如但不限於為一無碳刷直流內輪轂馬達(Blushless DC Motor)。
  該控制單元50係置於該支架20之一側,例如但不限於為外側,且耦接至該輪轂馬達43,可控制該輪轂馬達43之啟動、運轉或停止。如圖3所示,該控制單元50進一步包括:一印刷電路板51;至少一陀螺儀52;至少一加速規感測器53;一類比至數位轉換器54;一微控制器55以及一無刷馬達控制器56。
  該陀螺儀52係置於該印刷電路板51上,用以控制平衡、感應及維持該車輪40之方向訊號,在本實施例中係以一個陀螺儀52為例加以說明,但並不以此為限。
  該加速規感測器53係置於該印刷電路板51上,用以感應該車輪40之加速度訊號,在本實施例中係以一個加速規感測器53為例加以說明,但並不以此為限。
  該類比至數位轉換器54係置於該印刷電路板51上,且耦接至該陀螺儀52及加速規感測器53,用以將該陀螺儀52及該加速規感測器53所感應之方向訊號及加速度訊號轉換為數位訊號。
  該微控制器55係置於該印刷電路板51上且耦接至該類比至數位轉換器54,可根據該方向訊號及加速度訊號發出一姿態控制訊號。此外,該類比至數位轉換器54也可內建於該微控制器55中。
  該無刷馬達控制器56係置於該印刷電路板51上且耦接至該微控制器55,可根據該姿態控制訊號發出一驅動訊號以驅動該輪轂馬達43。
  該電源開關60係位於該踏板30上且耦接至該輪轂馬達43及控制單元50,用以開啟或關閉該輪轂馬達43及控制單元50之電源。
  該電池70係置於該容室13中,且較佳係置於該握把25之下方處,且耦接至該電源開關60,藉由該電源開關60可開啟或關閉該輪轂馬達43及該控制單元50所需之電源。其中,該電池70例如但不限於為一鋰充電電池。
  此外,本發明之電動單輪載具進一步具有一霍爾感測器80,係置於該輪轂馬達43之一側,用以感應該輪轂馬達43之磁場變化,然後輸出一回饋訊號至該無刷馬達控制器56,以調整該輪轂馬達43之轉速。
  此外,本發明之控制單元50進一步具有一高頻濾波器57及一低頻濾波器58,係置於該印刷電路板51上且分別耦接至該加速規感測器53及該陀螺儀52,其中,該高頻濾波器57具有高頻穩定性,該低頻濾波器58具有低頻穩定性,以互補整合具有全頻域之穩定性,使該加速規感測器53可有效抑制該陀螺儀52積分角度時之偏移,並以該陀螺儀52抵抗該加速規感測器53於動態量測角度時的加速度干擾。
  此外,本發明之車輪40進一步具有一飛輪45,係置於該輪轂馬達43之一側,其具有一第三貫孔451,可藉由該輪軸44穿過該第三貫孔451固持於該輪框42之左側或右側中,在本實施例中係以右側為例加以說明,但並不以此為限,該飛輪45在高速空轉時,可經由配重產生離心力與徑動(precission),使該車輪40平衡不易傾倒,以保持低速時該車輪40的平衡。其中,該飛輪45可由一單獨馬達(圖未示)驅動,或者可透過一傳動機構(如皮帶或齒輪,皆圖未示)由該輪鼓馬達43間接驅動。
  如圖4所示,本發明之電動單輪載具於運作時,其控制流程之說明如下:最内層控制迴路為姿態角速度回授之姿態角增穩控制,透過陀螺儀52量測姿態角速度作回授控制使姿態角能穩定。外層控制迴路藉由量測電動單輪載具之姿態角度做載具姿態之控制。如前傾時須往前行走以作為平衡之必要條件,反之為後傾時須往後退以求得載具之平衡狀態,因此透過控制電動單輪載具之前後傾斜重心即可間接控制電動單輪載具之前進後退。
  其中,該姿態指令為人為傾斜該電動單輪載具後,該微控制器55會根據該陀螺儀52及加速規感測器53所感測之角速度訊號及加速度訊號,計算現在的姿態傾斜狀況,進而以其誤差做為姿態指令以利本發明之電動單輪載具進行修正。
  該姿態控制方塊係根據該姿態指令,由該微控制器55輸出該姿態控制訊號至該無刷馬達控制器56,以驅動該輪轂馬達43以利本發明之電動單輪載具進行姿態修正。
  該姿態角增穩控制方塊係根據該姿態控制方塊所輸出之姿態控制訊號以及由該姿態角速度量測計算方塊之回饋訊號加總後,由該微控制器55輸出該姿態控制訊號至該無刷馬達控制器56,以驅動該輪轂馬達43以利本發明之電動單輪載具進行姿態修正。
  該姿態角速度量測計算方塊係根據該陀螺儀52訊號,由該微控制器55進行姿態角速度之量測及計算,並於計算後將姿態角速度回饋至該姿態角增穩控制方塊進行姿態修正。
  該姿態角度量測計算方塊係根據該陀螺儀52及加速規感測器53訊號,由該微控制器55進行姿態角度之量測及計算,並於計算後將姿態角度回饋至該姿態控制方塊進行姿態修正。
  藉由上述之結構,本案之電動單輪載具於啟動時,使用者可先以一腳,例如但不限於左腳踩踏於該踏板30上,使該踏板30之一端部及該車輪40之下方端部不在相同的輪軸中心上,使用者再將另一隻腳,例如但不限於右腳放置於另一踏板31上,維持平衡,再開啟該電源開關60,使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元50可感應其姿態及姿態角速度等參數,並藉由圖4中之控制流程進行姿態之修正,於修正後再藉由該無刷馬達控制器56,以驅動該輪轂馬達43前進或後退,以達到移動之目的。因此,本案之電動單輪載具較之習知電動單輪載具確實具有結構簡單、體積小、續航力高及成本低、輕易起步及低速平衡等優點。
  此外,本案亦提供一種電動單輪載具之起步操作方法。請參照圖5,其繪示本案另一較佳實施例之電動單輪載具之起步操作方法之流程示意圖。如圖所示,本案另一較佳實施例之電動單輪載具之起步操作方法,其中該電動單輪載具具有如上所述之結構,其包括下列步驟:使用者將一隻腳先放置於一踏板30之端部上以按壓該電動單輪載具,使其固定不倒也不移動(步驟1);使用者再將另一隻腳放置於另一踏板31上維持平衡,並啟動一電源開關60,以開啟一輪轂馬達43、一控制單元50及一飛輪45(步驟2);以及使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元50可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達43前進或後退(步驟3)。
    於該步驟1中,使用者將一隻腳先放置於一踏板30之端部上以按壓該電動單輪載具,使其固定不倒也不移動;其中,該腳例如但不限於左腳踩踏於該踏板30上,且該端部例如但不限於為該踏板30之前端或後端,且該電動單輪載具具有如上所述之結構,故在此不擬重複贅述。
  於該步驟2中,使用者再將另一隻腳放置於另一踏板31上,維持平衡,並啟動一電源開關60,以開啟一輪轂馬達43、一控制單元50及一飛輪45;其中,該另一隻腳例如但不限於右腳,另該電源開關60、該輪轂馬達43及該控制單元50之原理請參照上述之說明,在此不擬重複贅述。該飛輪45在高速空轉時,可經由配重產生離心力與徑動(precission),使該車輪40平衡不易傾倒,以保持低速時該車輪40的平衡,且該飛輪45例如但不限於係由一馬達及一控制開關(皆圖未示)直接驅動或該輪轂馬達43間接驅動。
  於該步驟3中,使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元50可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達43前進或後退;其中,該控制單元50可感應其姿態及姿態角速度等參數,並藉由圖4中之控制流程進行姿態之修正,於修正後再藉由該無刷馬達控制器56,以驅動該輪轂馬達43前進或後退,以達到移動之目的。
  綜上所述,藉由本案之電動單輪載具及其起步操作方法之實施,其具有結構簡單、體積小、續航力高及成本低、輕易起步及低速平衡等優點,因此,本案確實較習知之電動單輪載具技術具有進步性。
  本案所揭示者,乃較佳實施例,舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者,俱不脫本案之專利權範疇。
  綜上所陳,本案無論就目的、手段與功效,在在顯示其迥異於習知之技術特徵,且其首先創作合於實用,亦在在符合發明之專利要件,懇請 貴審查委員明察,並祈早日賜予專利,俾嘉惠社會,實感德便。
10...殼體
11...左殼體
12...右殼體
13...容室
20...支架
21...鎖孔
22...支撐片
23...第一貫孔
25...握把
30、31...踏板
40...車輪
41...輪胎
42...單邊輪框
43...輪轂馬達
431...第二貫孔
44...輪軸
45...飛輪
451...第三貫孔
50...控制單元
51...印刷電路板
52...陀螺儀
53...加速規感測器
54...類比至數位轉換器
55...微控制器
56...無刷馬達控制器
57...高頻濾波器
58...低頻濾波器
60...電源開關
70...電池
80...霍爾感測器
步驟1...使用者將一隻腳先放置於一踏板12之端部上以按壓該電動單輪載具,使其固定不倒也不移動
步驟2...使用者冉將另一隻腳放置於另一踏板13上,並啟動該電源開關50,以開啟該輪轂馬達30及該控制單元40,同時啟動一飛輪45旋轉,以維持平衡
以及
步驟3...使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元40可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達30前進或後退
  圖1為一示意圖,其繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之分解示意圖。
  圖2(a)為一示意圖,其繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之組合示意圖。
  圖2(b)為一示意圖,其繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之組合之前側剖面示意圖。
  圖3為一示意圖,其繪示本案一較佳實施例之控制單元之方塊示意圖。
  圖4為一示意圖,其繪示本案一較佳實施例之電動單輪載具之控制流程示意圖。
  圖5為一示意圖,其繪示本案另一較佳實施例之電動單輪載具之起步操作方法之流程示意圖。
10...殼體
11...左殼體
12...右殼體
20...支架
21...鎖孔
22...支撐片
23...第一貫孔
25...握把
30、31...踏板
40...車輪
41...輪胎
42...單邊輪框
43...輪轂馬達
431...第二貫孔
44...輪軸
45...飛輪
451...第三貫孔
50...控制單元
60...電源開關
70...電池

Claims (10)

  1. 一種電動單輪載具,其包括:
      一殼體,其具有一容室,該容室之下側係鏤空;
      一支架,用以供該殼體固持,且其底部兩側分別具有一支撐片,該支撐片上方具有一第一貫孔;
      兩踏板,係分置於該殼體之左右兩側且位於該支撐片上,且每一踏板之至少一端係外露於該殼體;
      一車輪,係置於該容室中,其具有一輪胎、一單邊輪框、一輪轂馬達及一輪軸,該輪轂馬達係置於該單邊輪框中,且該輪轂馬達之中央處具有一第二貫孔,以供該輪軸穿設於該第二貫孔及第一貫孔後鎖固於該支架上;
      一控制單元,係置於該支架之一側且耦接至該輪轂馬達,可控制該輪轂馬達之啟動、運轉或停止;
      一電源開關,係位於該踏板上且耦接至該輪轂馬達及控制單元;以及
      一電池,係置於該容室中,且耦接至該電源開關,藉由該電源開關可開啟或關閉該輪轂馬達及該控制單元所需之電源;
        俾於啟動時,使用者可先以一腳踩踏於該踏板上,使該踏板之一端部接觸地面,此時該車輪之下方端部與該踏板端部不在相同的輪軸中心上,因此可使該車輪保持不動,使用者再將另一隻腳放置於另一踏板上,維持平衡,再開啟該電源開關,使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達前進或後退。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電動單輪載具,其中該踏板之前端或後端進一步具有一向下彎折或一棒狀支架,該支架上進一步具有一握把,且該殼體進一步具有一左殼體及一右殼體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電動單輪載具,其中該輪轂馬達為一無碳刷直流內輪轂馬達,且該電池為一鋰充電電池。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電動單輪載具,其中該控制單元進一步包括:
      一印刷電路板;
      至少一陀螺儀,係置於該印刷電路板上,用以感應及維持該車輪之方向訊號;
      至少一加速規感測器,係置於該印刷電路板上,用以感應該車輪之加速度訊號;
      一類比至數位轉換器,係置於該印刷電路板上,且耦接至該陀螺儀及加速規感測器,用以將該陀螺儀及該加速規感測器所感應之方向訊號及加速度訊號轉換為數位訊號;
      一微控制器,係置於該印刷電路板上且耦接至該類比至數位轉換器,根據該方向訊號及加速度訊號發出一姿態控制訊號;以及
      一無刷馬達控制器,係置於該印刷電路板上且耦接至該微控制器,可根據該姿態控制訊號發出一驅動訊號以驅動該輪轂馬達。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電動單輪載具,其進一步具有一霍爾感測器,係置於該輪轂馬達之一側,用以感應該輪轂馬達之磁場變化,然後輸出一回饋訊號至該無刷馬達控制器,以調整該輪轂馬達之轉速。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電動單輪載具,其進一步具有一高頻濾波器及一低頻濾波器,係置於該印刷電路板上且分別耦接至該加速規感測器及該陀螺儀,其中,該高頻濾波器具有高頻穩定性,該低頻濾波器具有低頻穩定性,以互補整合具有全頻域之穩定性,使該加速規感測器可有效抑制該陀螺儀積分角度時之偏移,並以該陀螺儀抵抗該加速規感測器於動態量測角度時的加速度干擾。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電動單輪載具,其進一步具有一飛輪,係置於該輪轂馬達之一側,該飛輪在高速空轉時,可經由配重產生離心力與慣性,使該車輪平衡不易傾倒,以保持低速時該車輪的平衡。
  8. 一種電動單輪載具之起步操作方法,其中該電動單輪載具具有如申請專利範圍第1項中所載之結構,包括下列步驟:
      使用者將一隻腳先放置於一踏板之端部上以按壓該電動單輪載具,使其固定不倒也不移動;
      使用者再將另一隻腳放置於另一踏板上維持平衡,並啟動一電源開關,以開啟一輪轂馬達、一控制單元及一飛輪;以及
      使用者將身體略微前傾或後仰,使該控制單元可感應其姿態及姿態角速度等參數,以驅動該輪轂馬達前進或後退。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電動單輪載具之起步操作方法,其中該輪轂馬達為一無刷馬達,該端部為該踏板之前端或後端,且該飛輪係由一馬達及一控制開關直接驅動或由一輪轂馬達間接驅動。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電動單輪載具之起步操作方法,其中該控制單元進一步包括:
      一印刷電路板;
      一陀螺儀,係置於該印刷電路板上,用以感應及維持該車輪之一方向訊號;
      一加速規感測器,係置於該印刷電路板上,用以感應該車輪之一加速度訊號;
      一類比至數位轉換器,係置於該印刷電路板上,且耦接至該陀螺儀及加速規感測器,用以將該陀螺儀及該加速規感測器所感應之方向訊號及加速度訊號轉換為數位訊號;
      一微控制器,係置於該印刷電路板上且耦接至該類比至數位轉換器,根據該方向訊號及加速度訊號;以及
      一無刷馬達控制器,係置於該印刷電路板上且耦接至該微控制器,可發出一驅動訊號以驅動該輪轂馬達。
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